Une propriété électrique recherchée depuis des décennies chez le muon reste invisible, mais les physiciens viennent de réduire encore la marge où elle pourrait se cacher.
Le muon est une particule proche de l’électron, mais environ 207 fois plus massive et très instable. Les chercheurs étudient notamment la façon dont sa charge électrique pourrait être répartie. Si cette répartition était légèrement dissymétrique, le muon posséderait ce que les physiciens appellent un moment dipolaire électrique permanent.
L’aimant annulaire de stockage g -2 du Fermilab possède une géométrie permettant d’établir un champ magnétique très uniforme à l’intérieur de l’anneau.
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Concrètement, cette propriété ferait réagir l’orientation du muon à un champ électrique d’une manière très précise. Dans le cadre du modèle standard de la physique des particules, l’effet attendu est extrêmement faible. Une valeur mesurable à l’échelle des expériences actuelles indiquerait donc l’existence d’un phénomène encore absent de cette théorie.
La collaboration Muon g-2 a recherché cet effet avec des données enregistrées au Fermilab en 2019 et 2020. Des muons positifs circulaient dans un anneau soumis à un champ magnétique. Lorsqu’ils se désintègrent, ils produisent notamment des positrons. Leur trajectoire permet de retrouver des informations sur l’orientation du muon juste avant sa disparition.
Les détecteurs ont donc mesuré l’angle vertical moyen de ces positrons. Un moment dipolaire électrique permanent aurait ajouté une petite oscillation caractéristique à ce mouvement. L’analyse ne met pas en évidence un tel signal. La valeur mesurée reste compatible avec zéro compte tenu des incertitudes statistiques et expérimentales.
Les chercheurs fixent désormais une limite directe de 1,10 × 10-19 e·cm, avec un niveau de confiance de 95 %.
La précédente meilleure limite directe, publiée en 2009 à partir de l’expérience de Brookhaven, était de 1,80 × 10-19 e·cm. La nouvelle analyse réduit donc l’intervalle encore autorisé. Elle ne prouve toutefois pas que le moment dipolaire du muon soit exactement nul : elle indique seulement qu’il doit être inférieur à la sensibilité atteinte ici.
L’étude porte uniquement sur une partie des données de Muon g-2, celles prises entre 2019 et 2020. Des analyses futures pourront exploiter d’autres périodes de fonctionnement et des méthodes affinées. La publication est pour l’instant disponible sous forme de prépublication sur arXiv.